核心机房传输设备采用240 V高压直流供电的可行性探讨

2022-09-21秦珲

通信电源技术 2022年10期

秦珲

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏南京 350011）

0 引言

-48 V直流供电系统自问世以来，由于其高供电可靠性、高可维护性及较短的故障修复时间，在早期的核心机楼得到了广泛应用，通常用于核心交换设备、传输设备、数据设备等供电。但-48 V直流供电系统也存在供电电压低、线路传输损耗大，系统集成度不高，功率密度小，线路投资高等缺点，特别是投产时间较久的老通信机楼，普遍存在电力室面积及电缆通道不满足设备扩容需求的情况，对提高电源集成度、释放电缆通道的需求迫切。

240 V高压直流电源系统由于与-48 V系统相近的可靠性及可维护性，在近几年作为不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）替代电源得到了广泛应用。目前除传输设备外，国内主流通信设备厂家的其他通信设备均支持240 V高压直流供电。相比-48 V直流系统，240 V高压直流系统具有电源集成度高，供电半径大，线路损耗小等优点。用240 V高压直流系统替代-48 V直流系统，对简化通信机楼电源结构，优化通信机楼资源配置，提升通信机楼供电能力有重要意义。

1 用240 V系统替代-48 V系统供电的技术可行性分析

-48 V开关电源的工作原理为将输入的交流电经过输入滤波和功率因数校正后，输出高压直流，通过脉宽调制控制功率变换电路，将高压脉冲电压变成低压脉冲电压，再经过全波整流和滤波电路，输出-48 V直流电，电路框图如图1所示。

图1 -48 V开关电源电路方框图

240 V高压直流电源的工作原理为将输入的交流电经过输入滤波和功率因数校正后，通过高频开关电路整流输出直流，经过脉宽调制控制DC/DC变换，经滤波后输出高压直流，电路框图如图2所示。

图2 240 V高压直流电源电路方框图

由电路方框图可知，240 V高压直流系统与48 V开关电源具有类似的输入滤波和功率因数校正电路、高频开关整流电路，使240 V直流系统具有与48 V电源类似的功率因数、电源效率。虽然240 V直流系统采取悬浮供电方式，由于通信设备内部配置有DC/DC变换设备，因此不影响对末端通信设备供电。

-48 V系统向240 V系统的演进可以分为几种方式：（1）对设备电源模块进行改造，使其将240 V直流通过DC/DC变换为设备所需的直流电源；（2）在机柜PDU处通过DC/DC变换，将240 V直流电变换为48 V直流电，如图3所示；（3）在列头柜处通过DC/DC变换，将240 V直流电变换为48 V直流电，如图4所示。

图3 240 V电源直接进设备板卡示意

图4 240 V电源直接进机柜示意

第1种方式需对传输设备电源模块进行改造，第2种方式需将传输设备电源分配单元（Power Distribution Unit，PDU）改造为240 V/48 V的DC/DC变换单元，第3种方式需在列头柜内部署DC/DC变换设备，将240 V高压直流转换为-48 V直流向设备供电。第2种和第3种方式基本不影响在用设备的运行，由第3方电源设备厂家可完成DC/DC变换电源改造，第1种方式需传输设备厂家对自身电源模块进行改造。

由此可见，用240 V系统替代-48 V系统供电从技术上是可行的。

2 两种直流系统的经济性评估

下面主要从建设成本、机房资源占用、运行成本几方面对两种直流系统的经济性进行评估。

在建设成本方面，一套-48 V 2 000 A供电系统包括开关电源、配电系统、蓄电池的建设成本在40万左右，240 V/280 kW供电系统包括开关电源、配电系统、蓄电池的建设成本在50万左右，折每千瓦建设成本-48 V为0.53万元，240 V为0.18万元，240 V系统为-48 V系统的1/3左右。

在机房资源占用上，一套-48 V 2 000 A供电系统含蓄电池组占地面积约15平方米，一套240 V 280 kW供电系统含蓄电池组占地面积约30 m2，折每千瓦-48 V占地面积约0.2 m2，240 V约0.11 m2，同功率48 V系统线缆投资约为240 V系统的5倍，可见240 V直流系统功率密度比48 V系统高约一倍，更加节省机房占地面积、节省走线架及管井等资源。

运行成本方面，240 V直流电源运行效率与-48 V开关电源相近，以核心机房直流电源至负载供电距离在30 m左右，-48 V供电系统的压降在2 V左右，即-48V供电系统的传输损耗在4.2%左右，240 V供电系统的压降在2.2 V左右，即240 V供电系统的传输损耗在1%左右，可见240 V直流电源传输损耗比-48 V供电系统小，系统节电率约3%。对于长距离供电，240 V系统的供电优势将更为明显。

由此可见，从经济性分析，用240 V供电系统替代48 V供电系统可有效降低投资成本、节约机房空间、降低电缆传输损耗，经济效益显著，是可行的。